山區(qū)平緩填方路基穩(wěn)定性分析與處治方案

摘? 要：某高速公路某段填方路基中心填高16m，局部地段填方放坡高度為18m，地面橫坡平緩，地面自然坡度3°～8°，呈臺階狀，總體坡度約7°，地下水較為豐富，局部基巖出露為灰?guī)r、砂巖夾泥巖，巖層坡向與地面坡向順傾，傾角14°，按照一般填方路基填筑時，上部填方加載導(dǎo)致路基發(fā)生整體變形形成滑坡。本文對位于地面橫坡平緩的填方邊坡穩(wěn)定性進(jìn)行了計算分析，總結(jié)了邊坡穩(wěn)定性影響因素及邊坡變形特征。在基巖順傾的地面上填筑路基，即使填筑高度較小，仍然會導(dǎo)致路堤失穩(wěn)，引發(fā)上部路基產(chǎn)生滑移形成滑坡。填方邊坡采用了地基處理、碎石盲溝、串聯(lián)集水井、抗滑樁等綜合處治措施，取得了良好的效果。

關(guān)鍵詞：地基處理;抗滑樁;地基注漿;串聯(lián)集水井

中圖分類號：U416? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

0引言

填方路堤是高速公路建設(shè)項目中的常見工程，在建設(shè)投資受控時，經(jīng)常采用橋改路基措施降低造價。對于填方高度小于20m的路堤[1]，當(dāng)?shù)孛孑^為平緩、地下水較為豐富地段時，采用一般填方路基在填筑過程中易發(fā)生變形形成滑坡，本文以某高速公路填方路基作為案例，分析計算填方路基的整體穩(wěn)定性，根據(jù)計算結(jié)果和現(xiàn)場實施的效果，歸納影響邊坡穩(wěn)定的因素和變形方式，對采取的處治措施，地下集水井排水和抗滑支擋防護(hù)進(jìn)行評價。

1工程地質(zhì)及概況

本滑坡位于填方路堤范圍，中心填高13m，最大填方高度約16m，按照填土高度分為二級邊坡，填方坡率1：1.5～1：1.75，中間設(shè)置2m寬平臺。當(dāng)二級填方左幅已完成，右幅完成近半時，邊坡變形，填方路基開裂（如圖1所示）、路基下方自然坡面開裂（如圖3所示），自然斜坡坡腳土體剪出將村民自建擋墻推倒（如圖2所示），最大累計位移35cm，最大累計沉降13cm。

工程區(qū)屬于侵蝕溶蝕低中山～槽谷地貌，地勢上東西兩側(cè)為低中山高，中間為狹長槽谷?；聟^(qū)位于斜坡下部，地面自然坡度3°～8°，呈臺階狀，總體坡度約7°，地表植被以農(nóng)作物為主，坡腳有高約7～8m陡坎（如圖4所示）。

場區(qū)覆蓋層主要由第四系殘坡積（Q4el+dl）的含碎石粉質(zhì)黏土組成。地表分布有少量雜填土及種植土，下伏基巖為古生界二迭系上統(tǒng)宣威群長興組—龍?zhí)督M（P2l-c）泥巖。從上至下主要地層巖性為：含碎石粉質(zhì)黏土，強風(fēng)化砂巖夾泥巖、炭質(zhì)頁巖，中風(fēng)化灰?guī)r和中風(fēng)化砂巖夾泥巖、炭質(zhì)頁巖（如圖5所示）。

地表水主要為大氣降水形成的地表短時徑流，水量隨季節(jié)天氣變化明顯，降水量在793.1～984.5mm之間，年均降水851.6mm，地下水主要為第四系松散巖類孔隙水和基巖風(fēng)化裂隙水，由于滑坡區(qū)下伏基巖為砂巖夾泥巖、炭質(zhì)頁巖，滲透性較差，屬相對隔水層，地下水下滲緩慢，最終沿巖土交界面向地形低洼處滲出地表。

2主要工程問題

該段填方路堤具有如下特點：

（1）填方路堤坡腳外110m處有陡坎臨空面，臨空高度7～8m。

（2）地形橫坡較平緩，地形坡度在3°～8°之間，呈臺階狀，總體坡度約7°，出露基巖傾向順傾，基巖傾角為14°，視傾角11.9°;

（3）覆蓋層較厚，平均厚度7m，最厚深達(dá)12m，為含碎石粉質(zhì)粘土層，褐黃色，灰褐色、可塑狀，其物理力學(xué)性質(zhì)較差。

（4）有隔水層為強風(fēng)化砂巖夾泥巖、炭質(zhì)頁巖，原巖結(jié)構(gòu)大部分破壞，節(jié)理裂隙較發(fā)育，滲透性較差，地下水在土巖界面處聚集，從坡腳外剪出口處滲出;

（5）地下水埋藏深度不穩(wěn)定，跨度較大，鉆孔過程在2m～10m處發(fā)現(xiàn)有地下水活動，但水量較少，受季節(jié)性影響較大。

根據(jù)以上地形地貌特點，結(jié)合本項目出現(xiàn)的問題，綜合分析，在天然平緩地面上填筑路堤存在如下工程地質(zhì)問題：

（1）坡腳外有臨空面為滑移提供了外在條件，基巖面順傾，即使傾角較為平緩時，填方路堤整體可能沿土石界面產(chǎn)生順向滑移;

（2）基底有強風(fēng)化砂巖夾泥巖、炭質(zhì)頁巖，形成隔水層，地下水往下滲透較慢，一直存于土層中，在上部荷載加載情況下，可能會在土層中形成滑裂面，當(dāng)整個滑面貫通時，即形成滑坡，滑面最深處為土巖界面位置。

（3）土層中含水量較大，降低了土層的物理力學(xué)參數(shù)，路堤填筑較快，土層固結(jié)慢，承載力能力較低，路堤工后沉降量較大。

3填方路堤分析計算

3.1穩(wěn)定性評價分析

根據(jù)填方路堤所在的工程地質(zhì)環(huán)境分析，影響路堤穩(wěn)定性的因素分為內(nèi)部條件和外部條件兩類，內(nèi)部條件主要是由于地形地貌和地層巖性;外部條件主要是降雨和人類工程活動。影響路堤穩(wěn)定的主控因素是地形地貌、地層巖性;促使路堤產(chǎn)生失穩(wěn)破壞的誘發(fā)因素是降雨以及人類工程活動。

（1）地形地貌?；挛挥谛逼孪虏科脚_處，地表覆蓋層厚度較大，雨季上部山體快速下泄的地表水易在平臺處匯集，短時間內(nèi)使土體處于過飽和狀態(tài)，為滑坡的變形破壞提供了有利條件。

（2）地層巖性。滑坡體的覆蓋層孔隙大，強度較低，土質(zhì)較為松散，飽和抗剪強度較低，泥砂巖風(fēng)化層為下伏相對隔水層?；聟^(qū)上部山體為灰?guī)r，基巖裂隙水下滲速度較快，至灰?guī)r與泥砂巖界面處時，下滲通道受阻，沿巖性界面滲出，轉(zhuǎn)為土體中的孔隙水。根據(jù)鉆探成果，滑坡區(qū)巖土界面呈凹形，排泄途徑不暢，為地下水在土體內(nèi)匯集提供了有利條件。地下水長期作用下使原本松散的土體抗剪強度降低很大，增大了滑坡體變形破壞的可能。

（3）降雨。滑坡區(qū)雨量充沛。施工期間正值雨季，長時間降雨[2]，地下水大量匯集于第四系松散孔隙中，由于凹形巖土界面導(dǎo)致地下水排泄受阻，使土體處于過飽和狀態(tài)，容重增加，抗剪強度降低。在自重、填方荷載及雨水作用下，滑坡下滑力相對增大，抗滑力相對減小，穩(wěn)定性系數(shù)降低，導(dǎo)致邊坡發(fā)生變形。此外坡體內(nèi)產(chǎn)生動靜水壓力，也造成了滑坡穩(wěn)定性降低。由于地表水與地下水作用誘發(fā)了滑坡發(fā)展。上述原因為工程滑坡產(chǎn)生提供了基本條件。

（4）人類工程活動。由于修建高速公路，滑坡體上部填方堆載較多，破壞了原來的穩(wěn)定結(jié)構(gòu)，使得下滑力增加。村民為修建房屋在滑坡前緣開挖形成的7～8m高陡坎增大了滑坡變形破壞的可能。

3.2計算模型

根據(jù)邊坡工程地質(zhì)條件，該滑坡破壞形式主要為上覆堆積體沿土體內(nèi)部淺層發(fā)生的以推移式為主，輔助牽引式滑動，滑面呈折線型剪切。穩(wěn)定性驗算采用極限平衡理論的傳遞系數(shù)法公式進(jìn)行計算。填方路堤設(shè)計為二級填方，中心填高11～13m，最大填方高度約15～16m，填方坡率1：1.5～1：1.75。選取圖6和圖7兩個典型橫斷面建立計算模型。

根據(jù)工程詳細(xì)勘察報告和經(jīng)驗，確定巖土體各層計算參數(shù)如下表1所示。括號內(nèi)為暴雨工況參數(shù)?；瑤Ш槭圪|(zhì)黏土c=10.9KPa、φ=8.8°。

3.3工況選取

該填方路堤工程安全等級和滑坡防治工程等級均為一級，按照《公路路基設(shè)計規(guī)范》的第7.2.2條規(guī)定[3]，邊坡安全系數(shù)按照以下方式確定：

工況一：正常工況，天然狀態(tài)下為1.30;

工況二：非正常工況，暴雨或連續(xù)降雨狀態(tài)下的飽水工況為1.20。

根據(jù)上述原理，本滑坡體以暴雨工況下，計算典型斷面的穩(wěn)定性，計算分析結(jié)果見下表2。

由典型斷面剩余下滑力計算結(jié)果對比可知：

滑面位置與現(xiàn)場實際情況基本一致，后緣裂縫在左幅路堤邊角處;地面較為平緩時，滑坡抗力增加較小，以至于路堤坡腳與陡坎處剩余下滑力相差較小;滑面基本沿著土巖界面處滑移，與基巖傾角相差較小，并且該處正是地下水從剪出口滲出位置，基巖相當(dāng)于一塊“石板”，上覆土層在地下水的影響下，在“石板”處摩擦力較小，現(xiàn)狀情況下處于基本穩(wěn)定狀態(tài)，上部填方路堤加載后，推力增大，沿著“石板”面滑移。

由上訴分析可知，填方邊坡穩(wěn)定性主要受原邊坡覆蓋層土體、地下水和順傾向基巖面影響。即使基巖面傾角較為平緩時，在地下水影響下，仍會沿著基巖面產(chǎn)生滑移變形。

4處治措施

通過上述分析可以看出，該填方路堤需及時進(jìn)行處治，不然將對公路運營安全造成重大影響。要提高填方路堤穩(wěn)定性，確保滑坡整體穩(wěn)定，根據(jù)填方路堤的特點，從以下幾方面著手處治：

對路堤基底進(jìn)行處理，提高路堤基底覆蓋層強度，改善覆蓋層的力學(xué)特性;在坡腳增設(shè)反壓護(hù)道或者設(shè)置支擋構(gòu)造物，抵消剩余下滑力;加強排水措施，使淤積在邊坡中的地下水及時排出路基之外。

由于陡坎外側(cè)為現(xiàn)狀縣道，設(shè)置反壓回填空間不足，基于上述考慮該段填方路堤采用地基處理、抗滑樁、地下排水等綜合處治措施。

4.1地基處理

由于填方路堤土體力學(xué)特性較差，局部處于富水狀態(tài)，對路基基底采用局部換填和復(fù)合地基[4]處理措施，增加路基基底強度，改善土體性質(zhì)，該項措施對基底承載力有顯著提高，對路基滑面抗滑效果提高較小[5]，仍需增加支擋措施。

4.2支擋措施

通過剩余下滑力計算結(jié)果對比可知，在坡腳和陡坎剪出口處，滑坡抗滑力增加較小，剩余下滑力相差不大，因此在路堤坡腳處設(shè)置圓形抗滑樁，機械成孔，避免人工開挖方樁的施工安全風(fēng)險。

在填方路堤右側(cè)坡腳增設(shè)雙排圓形抗滑樁[6]，門型布置，樁徑2.2～2.4m，間距5～6m，排距4m，樁頂用冠梁進(jìn)行連接。

由于坡腳陡坎房屋已經(jīng)拆除，陡坎外側(cè)為現(xiàn)狀縣道，在陡坎處設(shè)置路塹擋墻，擋墻后采用開山石渣回填，坡率不大于1：1。

4.3排水工程

截、排水工程按照排出地表水和地下水兩部分分別進(jìn)行設(shè)計，排出地下水主要為疏導(dǎo)滑坡體內(nèi)的地下積水，排出地表水主要為引出漫流至滑坡體范圍的表面雨水。

4.3.1 地表水處治

在滑坡邊界四周和中間位置設(shè)置截、排水溝，將流向至滑坡范圍的地表雨水或者上游沖溝積水，及時引出滑坡范圍之外，避免明水漫流下滲。

4.3.2 地下水處治

（1）大直徑串聯(lián)集水井。滑坡內(nèi)部滲水的收集和疏導(dǎo)是本次滑坡治理的關(guān)鍵。

本處滑坡滑面較深，一般為10～14m，需要采用深層地下排水設(shè)施，疏導(dǎo)滑坡體內(nèi)的地下水，根據(jù)地調(diào)和鉆探顯示，該處滑坡地下水埋深較深，基本從路堤上游滲入，因此在路堤左側(cè)設(shè)置數(shù)個深層集水井，在集水井井壁上預(yù)留若干泄水孔、仰斜式排水管，將上游積水引入集水井內(nèi)，并通過鋼筋混凝土管和碎石盲溝將各個集水井連接，形成線狀“隔水帶”。

集水井之間串聯(lián)選用鋼筋混凝土管，通過頂管施工，其中集水井工作井直徑（內(nèi)徑）為6.0m，接收井直徑（內(nèi)徑）為4.5m。井深根據(jù)滑面深度，深入滑面以下不小于1.0m。一般為11～15m。

圓形集水井壁四周設(shè)置發(fā)散狀仰斜式排水孔，插入仰斜式排水管，長度為10～20m，每個集水井上下排仰斜式排水管應(yīng)交錯布置，縱向間距2.0m，水平弧向間距2.0m。

在地下水富集處，仰斜式排水孔、泄水孔應(yīng)加密設(shè)置，盡可能的將地下水引入集水井內(nèi)，通過相互連接的集水井，將地下水排出滑坡外。

（2）碎石盲溝與排水樁。在路基左側(cè)護(hù)坡道處設(shè)置截水盲溝，將上游山體滲水引流至路基邊溝，其底部進(jìn)入基巖不少于1m;在右幅路基底部設(shè)置碎石盲溝，間距30m;右幅路基坡腳處設(shè)置豎向排水樁，降低地下水位，疏導(dǎo)滑坡體內(nèi)的地下水，增加填方路基的穩(wěn)定性。

5結(jié)語

該段填方路堤基底覆蓋層較厚，主要為含碎石粉質(zhì)粘土層，地下滲水較多，土層物理力學(xué)性質(zhì)較差，地表橫坡較平緩，路堤出露基巖傾向順傾、基底有強風(fēng)化砂巖夾泥巖、炭質(zhì)頁巖作為隔水層，填方路堤坡腳外有陡坎臨空面等特點，本文對該填方路堤進(jìn)行了滑坡穩(wěn)定性分析，并根據(jù)分析計算結(jié)果，結(jié)合路堤所處地段地質(zhì)特點，采用相應(yīng)的治理措施，得出如下結(jié)論：

（1）填筑路堤應(yīng)仔細(xì)核查周邊地形地貌、地下水和基巖傾向，地面橫坡較為平緩，及時基巖傾角較為平緩時，貿(mào)然填筑將會導(dǎo)致路堤失穩(wěn)，填方邊坡將沿土石分界面產(chǎn)生滑動。

（2）采用換填和復(fù)合地基處理措施，增加了路基基底強度，改善土體性質(zhì)，對基底承載力有顯著提高，但對路基滑面抗滑效果提高較小，因此不能替代抗滑支擋結(jié)構(gòu)。

（3）在路堤坡腳處設(shè)置圓形抗滑樁，替換方形抗滑樁，避免人工開挖方樁的施工安全風(fēng)險，采用機械成孔，成孔快，效率高，抗滑效果與方樁相差不大。

（4）本著治坡先治水的原則，地下水是本路堤產(chǎn)生滑移的主要原因，需對地下水做針對性的處理，該路段采用大直徑集水井+碎石盲溝處治措施，有效疏排地下水。

該填方路堤滑坡將支擋與排水相結(jié)合綜合處治措施，從高速公路運營期監(jiān)測結(jié)果來看，治理方案達(dá)到了預(yù)期效果。

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收稿日期：2021-08-22

作者簡介：柳丙軍（1981—），男，山東龍口人，本科，高級工程師，研究方向：路基路面工程設(shè)計。